一種智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，確切的說，涉及一種智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)是一個(gè)接有分布式電源的配電子系統(tǒng)，可在主網(wǎng)脫離后孤立正常運(yùn)行，維持所有或部分重要用電設(shè)備的供電。微電網(wǎng)與大電網(wǎng)是有機(jī)整體，可以靈活連接或斷開，既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可在需要或電網(wǎng)故障時(shí)主動(dòng)與大電網(wǎng)脫離單獨(dú)運(yùn)行。
[0003]中國專利(申請(qǐng)?zhí)?201210569974.2)公開了一種應(yīng)用于微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)連接的靜態(tài)開關(guān)及控制方法，此發(fā)明公開了一種應(yīng)用于微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)連接的靜態(tài)開關(guān)及控制方法，包括一個(gè)主電路和一個(gè)控制器；主電路設(shè)置在公共電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間；由控制器控制主電路的開通和關(guān)斷；并以主電路的開通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)和離網(wǎng)；控制器對(duì)公共電網(wǎng)側(cè)和微電網(wǎng)側(cè)的電壓、頻率和相位以及流過旁路電路的電流進(jìn)行采樣獲得采樣信號(hào)，通過計(jì)算判斷指令主電路開通或關(guān)斷實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)離網(wǎng)或并網(wǎng)。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的平滑并網(wǎng)和離網(wǎng)的全自動(dòng)控制，并能夠通過控制器對(duì)微電網(wǎng)中微電源逆變器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的能量管理或者協(xié)助上層設(shè)備實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的能量管理，發(fā)明原理如圖1和圖2所示。
[0004]專利(申請(qǐng)?zhí)?201310423544.4)公布了一種分布式光伏智能并網(wǎng)箱，此發(fā)明涉及一種分布式光伏智能并網(wǎng)箱，包括用于驅(qū)動(dòng)合分閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)和能夠接收電流檢測(cè)裝置的電流信息、對(duì)該電流信息進(jìn)行處理和邏輯分析并在判斷出電流故障后輸出控制指令控制所述操動(dòng)機(jī)構(gòu)分合閘的中央控制單元，所述中央控制單元采用常規(guī)采樣和密集采樣相結(jié)合的方式進(jìn)行采樣和分析判斷，所述操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過斥力線圈、消磁線圈、分閘彈簧和分閘線圈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分閘動(dòng)作，從軟、硬件兩方面實(shí)現(xiàn)了快速動(dòng)作、快速保護(hù)出口、快速切除故障的目的，可有力地保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)或孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的可靠性以及在并網(wǎng)/孤網(wǎng)模式間的平穩(wěn)過渡，在滿足微電網(wǎng)特殊使用要求的前提下顯著降低了設(shè)備成本，發(fā)明原理如圖3所示。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)通常采用以下四種方案作為微電網(wǎng)接口開關(guān):
[0006]1、采用常規(guī)接觸器或斷路器作為微電網(wǎng)接口開關(guān)，常規(guī)接觸器或斷路器可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃性的并/離網(wǎng)切換，但因其分?jǐn)嗨俣容^慢，通常在30ms?100ms，無法滿足電網(wǎng)故障快速脫網(wǎng)和無縫切換的要求。
[0007]2、采用基于功率半導(dǎo)體器件的靜態(tài)開關(guān)串聯(lián)常規(guī)斷路器作為微電網(wǎng)接口開關(guān)，功率半導(dǎo)體器件的快速導(dǎo)通關(guān)斷特性很容易滿足微電網(wǎng)接口開關(guān)快合和快分的要求，斷路器實(shí)現(xiàn)電氣隔離和繼電保護(hù)功能。但是靜態(tài)開關(guān)中的功率器件存在導(dǎo)通壓降高的問題，損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重。
[0008]3、如上述專利一所述，采用靜態(tài)開關(guān)并聯(lián)旁路開關(guān)作為開關(guān)主電路，利用并聯(lián)旁路開關(guān)作為主導(dǎo)通開關(guān)，克服靜態(tài)開關(guān)功率半導(dǎo)體器件損耗大的問題，但旁路開關(guān)使用常規(guī)斷路器，分?jǐn)嗨俣韧瑯訒?huì)受到旁路開關(guān)的限制，僅能實(shí)現(xiàn)計(jì)劃性的并/離網(wǎng)切換，不具備故障保護(hù)的功能。
[0009]4、如上述專利二所述，采用基于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和斥力機(jī)構(gòu)的快切開關(guān)作為微電網(wǎng)接口開關(guān)，該快切開關(guān)具有導(dǎo)通損耗低，分?jǐn)嗨俣容^快的優(yōu)點(diǎn)，全分?jǐn)鄷r(shí)間可以達(dá)到(15ms，但永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)合速度較慢，而且其分?jǐn)嗨俣热耘f無法滿足微網(wǎng)無縫切換和短路故障分?jǐn)嘞蘖鞯囊?，且短路條件下分?jǐn)嗬?huì)造成觸頭的損傷，短路分?jǐn)鄩勖^低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供了一種智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，包括:
[0011]設(shè)置在公共電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的開關(guān)單元和智能控制單元；
[0012]開關(guān)單元包括并聯(lián)的高速電磁斥力開關(guān)和固態(tài)開關(guān)模塊，通過高速電磁斥力開關(guān)和/或固態(tài)開關(guān)模塊來控制公共電網(wǎng)與微電網(wǎng)的關(guān)合/分?jǐn)啵?br>[0013]智能控制單元，包括信息采集與處理模塊、故障判別模塊、中央控制單元以及驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊，
[0014]信息采集與處理模塊用于獲取采樣信號(hào)，故障判別模塊根據(jù)采樣信號(hào)判斷是否出現(xiàn)電路故障，電路故障的判別包括:短路早期檢測(cè)判別、孤島檢測(cè)判別、電能質(zhì)量故障判別等，中央控制單元針對(duì)故障判別模塊的判斷結(jié)果進(jìn)行處理，并通過驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊來實(shí)現(xiàn)高速電磁斥力開關(guān)和固態(tài)開關(guān)模塊的開關(guān)操作。
[0015]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，高速電磁斥力開關(guān)包括電磁斥力機(jī)構(gòu)、合閘機(jī)構(gòu)、緩沖裝置和真空觸頭機(jī)構(gòu)。
[0016]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，固態(tài)開關(guān)模塊包括固態(tài)開關(guān)主電路以及并聯(lián)在一起的緩沖電路和能量吸收電路。
[0017]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，固態(tài)開關(guān)主電路選用具有功率開關(guān)器件的橋式結(jié)構(gòu)電路、反并聯(lián)結(jié)構(gòu)電路或串聯(lián)結(jié)構(gòu)電路。
[0018]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，所述功率開關(guān)器件為SCR、GT0、IGBT、IGCT中的一種或多種組合。
[0019]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，緩沖電路為包括電阻、電容等組成的RC緩沖電路或RCD緩沖電路。
[0020]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，能量吸收電路為金屬氧化物避雷器MOV或具有正溫度系數(shù)超導(dǎo)材料PTC。
[0021]上述的智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，其中，所述智能控制單元還包括一信息交互模塊，用于將電網(wǎng)中的電路參數(shù)、功率潮流以及發(fā)生的故障反饋給一上位機(jī)系統(tǒng)，協(xié)助上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量監(jiān)測(cè)和管理。
[0022]—種基于上述智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置的系統(tǒng)，其中，
[0023]所述固態(tài)開關(guān)主電路采用包括一個(gè)IGBT和四只二極管組成的橋式結(jié)構(gòu)，所述緩沖電路為包括電阻、電容和二極管組成的RCD緩沖電路；
[0024]當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)，主電路電流流經(jīng)電磁斥力開關(guān)，它的導(dǎo)通壓降低，以降低正常工作狀態(tài)下的導(dǎo)通損耗；當(dāng)公共電網(wǎng)或微電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，電磁斥力開關(guān)分?jǐn)?，并將短路電流換流到固態(tài)開關(guān)模塊；
[0025]當(dāng)能量由電網(wǎng)側(cè)流向微電網(wǎng)側(cè)時(shí)，電流流經(jīng)橋式結(jié)構(gòu)的其中兩個(gè)二極管(Dl，D3)和IGBT ;當(dāng)能量由微電網(wǎng)側(cè)流向電網(wǎng)側(cè)時(shí)，電流流經(jīng)橋式結(jié)構(gòu)的另外兩個(gè)二極管(D2，D4)和 IGBT ；
[0026]當(dāng)IGBT關(guān)斷，電流將通過二極管(Ds)向電容(Cs)充電，以限制IGBT兩端電壓的上升率，防止擊穿IGBT。
[0027]上述的系統(tǒng)，其中，在所述緩沖電路中，
[0028]所述電阻(Rs)與所述二極管(Ds)并聯(lián)，且該電阻(Rs)與所述電容(Cs)串聯(lián)。
[0029]本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0030]1、本發(fā)明裝置的開關(guān)單元可以同時(shí)保證良好的靜態(tài)導(dǎo)通特性和動(dòng)態(tài)關(guān)合分?jǐn)嗵匦?。關(guān)合時(shí)間〈1ms，分?jǐn)鄷r(shí)間<3ms，并在快分快合的前提下，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通損耗。
[0031]2、大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，如電壓跌落故障，基于快速的故障識(shí)別和分?jǐn)嗄芰?，快速脫網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)故障情況的無縫切換。
[0032]3、微電網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，基于超快速的短路電流早期檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)短路分?jǐn)嘞蘖鞅Ｗo(hù)，且無弧分?jǐn)?，不?huì)對(duì)開關(guān)觸頭造成損傷，使用壽命提高。
【附圖說明】
[0033]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0034]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)連接的靜態(tài)開關(guān)原理圖；
[0035]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種應(yīng)用于微電網(wǎng)與公共電網(wǎng)連接的靜態(tài)開關(guān)主電路原理圖；
[0036]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中一種分布式光伏智能并網(wǎng)箱的原理圖；
[0037]圖4為本發(fā)明電路在關(guān)合分?jǐn)噙^程中的電路波形圖；
[0038]圖5為本發(fā)明在一種實(shí)施例中的主電路結(jié)構(gòu)圖。
[0039]
【具體實(shí)施方式】
[0040]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0041]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0042]本發(fā)明提供了一種智能型微電網(wǎng)切換與保護(hù)裝置，包括:設(shè)置在公共電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的靜態(tài)開關(guān)單元(Static Switch，亦可稱為靜態(tài)開關(guān))和智能控制單元(ControlUnit)；
[0043]開關(guān)單元包括并聯(lián)的高速電磁斥力開關(guān)(High-speed Repuls1n Switch)和固態(tài)開關(guān)模塊(Solid State Switch Module)，通過電磁斥力開關(guān)和/或固態(tài)開關(guān)模塊來控制公共電網(wǎng)與微電網(wǎng)的關(guān)合/分?jǐn)啵?br>[0044]智能控制單元，包括信息采集與處理模塊、故障判別模塊、中央控制單元(或稱分合閘控制模塊)以及驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊。其中，信息采集與處理模塊用于檢測(cè)公共電網(wǎng)側(cè)和微電網(wǎng)側(cè)的電壓、頻率和相位以及流過旁路電路的電流以獲取采樣信號(hào)，故障判別模塊根據(jù)采樣信號(hào)判斷是否出現(xiàn)電路故障，中央控制單元針對(duì)故障判別模塊的判斷結(jié)果進(jìn)行處理，并通過驅(qū)動(dòng)與保護(hù)模塊來實(shí)現(xiàn)電磁斥力開關(guān)和固態(tài)開關(guān)模塊的開關(guān)操作。
[0045]在本發(fā)明一可選但并不作為限制的實(shí)施方式中，上述的高速電磁斥力開關(guān)包括電磁斥力機(jī)構(gòu)、合閘機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)和高速觸頭機(jī)構(gòu)。
[0046]在本